氧传感器的功能及使用.ppt

氧传感器的功能及使用 冲压工艺组 韩宝生 氧传感器的概述 氧传感器是现代发动机管理系统中必不可少的 重要零部件。它是一种利用电化工原理研究发展出 来的一个电器元件。 氧传感器在现代发动机管理系统的配置机构中 被用于探测汽车发动机所排出的燃烧废气中氧的含 量，借以判定发动机实时燃油供给之空气燃料混合 比的实际状态，并通过自身产生的电器反应信号反 馈给发动机电子控制模块（ ECM），以作为系统燃 油管理系统的闭环燃油修正补偿控制的重要依据， 使燃油管理子系统能够更加精确地控制调整发动机 各种工作状态下的空气燃料混合比；并在绝大多数 工况下使系统保持在理想空燃比工作状态，以便获 得更加优良的汽车排放控制特性和燃油经济性。 氧传感器的输出信号为 01 的交变电压信号。 在特定的工作温度范围里， 氧传感器可根据发动机 所排出的燃烧废气中氧的含量高低自动感应和探测 并向发动机电子控制模块输出一个高低不断变化的 电压信号。 随着汽车排放法规的不断进步，现代发动机管 理系统多采用加热式氧传感器。有两种主要类型： 非加热型氧传感器和加热型氧传感器。当氧传感器 的安装位置受到整车布局限制， 氧传感器距离发动 机排气歧管出口较远时，由于不能利用发动机燃烧 废气对于传感器迅速加热，此时也必然需要采用加 热式氧传感器。 下面以德尔福研究开发的 OSP+型加热式氧传 感器为例从几个方面来了解一下氧传感器， OSP+ 型氧传感器内部设计有平板结构多层涂敷技术的热 敏感应元件，元件尺寸小巧，可有效控制传感器的 快速加热，起燃极为迅速。可使发动机管理系统及 早实现系统的闭环燃油管理控制。氧传感器被用于 探测发动机所排废气中氧的含量，实时反馈给 ECM 作为闭环燃油修正补偿控制的实际状态的反馈信号， 以更加精确地调整和保持理想的空燃比，同时得到 更好的排放控制特性和燃油经济性。 1、工作原理 德尔福 OSP+型氧传感器是采用平板结构多层陶瓷 元件作为传感器的基础元件。氧化锆元件是一种 通体充满无数微孔的陶瓷基础元件外面镀有氧化 锆涂层，该涂层外侧暴露于发动机燃烧废气之中； 涂层的内侧透过含微孔的陶瓷元件与大气相通。 集中在氧化锆内外两侧电极之间氧含量的差别形 成微分电压信号。 当氧化锆元件被电流加热或被流经传感器的 发动机燃烧废气加热所激活，空气经过通体充满 无数微孔的陶瓷基础元件进入氧化锆元件的内电 极，而燃烧废气流经氧化锆的外电极。氧离子将 从氧化锆内电极向外电极移动，传感器的内外电 极之间构成了一个简单的原电池，发动机燃烧废 气中氧离子浓度的高低变化来改变这一输出电压 信号的高低 氧传感器通常的工作表现为在当发动机工作时 空燃比变稀时，排气中氧含量的浓度将会升高， 此时，氧传感器的输出电压信号接近 0 ；当空 燃比变浓时，排气中氧含量的浓度降低，传感器 的输出电压接近 1 。 发动机电子控制模块（ ECM）根据这一输入 电压信号，配合系统控制逻辑及控制策略，通过 相应的传感器和执行器，就可以调整系统输出控 制指令，使发动机工作载荷保持理想的空燃比燃 油供给状态。 氧传感器是闭环燃油管理控制子系统的关键 元件。正是由于有了该传感器才使得发动机的空 燃比的闭环燃油控制成为可能，从而使系统实现 达到最佳三元催化转换器转化效率所需的理想空 燃比的控制目标，实现最佳发动机燃烧控制 2、结构特征 德尔福公司生产的现代发动机管理系统配套用 传感器的主要特点 : 零部件统一设计 ,全球采购系统可保障全球产品性 能的一致性 传感器具备防水功能 平板式多层感应涂敷结构设计 ,起燃时间短 , 反应 迅速 无需空气渗透过滤装置 大批量生产 ,大批量产品应用考核 ,可靠性能优良 超强低温适应性能 超强抗杂质中毒性能 设计可预防表面化合物烧结 采用不锈钢材料的输出信号导线设计 ,工作可靠 具有防错设计措施 ,便于应用 单独接地设计 ,系统工作稳定可靠 3、性能参数和技术规格（在温度 450 条件下的发动机 测功机上的实测数值） 空燃比为浓的电压信号： 750毫伏 空燃比为稀的电压信号： 120毫伏 450 时，空燃比浓变稀的相应时间： 80毫秒 450 时，空燃比稀变浓的相应时间： 65毫秒 加热元件电阻（ 21 ） 9.6 1.5欧姆 加热元件电流： 0.52 0.10A 加热元件损耗功率： 7.0瓦 锆元件活化时间： 12秒 内部电阻： 5千欧姆 外接电压： 13.5 装配螺纹孔尺寸规格 M18X1.5 装配扭紧力矩： 3848N m 常规工作温度范围： 260 850 传感器信号传输线束线径 0.35平方毫米 传感器接线端子定义： 传感器的传送反馈信号电路和加热控制电路特殊 要求 OSP+型氧传感器引入了由 ECM持续为探测元件 提供氧气作为参照气体的特殊设计结构。因此，这 种氧传感器需要电子控制系统电路能够向氧传感器 的信号端输出 710毫安的泵电流，以便将感应元件 废气一侧的氧气输到参考气体一侧。泵电流可以由 集成到发动机电子控制模块（ ECM）的控制输出电 路提供。这样就可以取消传感器之废气一侧与参考 气体一侧之间的密封处理元件。 4、安装要求 （ 1）安装位置要求 控制用传感器（前级氧传感器）设计布置 原则上讲，用以进行空燃比控制用的前级氧 传感器应安装布置于排气歧管的各个气缸排气气流 汇集及混合均匀、可以代表所有气缸排出废气状态 的位置附近，以便确保所感应出的信号能够表征所 有气缸排出废气状态，避免只探测到发动机某单一 气缸的废气中氧离子浓度信息反馈而影响整个系统 对发动机实时燃烧状态的正确判断。同时，为了保 证传感器在冷启动时尽快实现闭环控制 ,传感器应安 装在离发动机排气歧管出口较近、气流温度较高的 位置 三元催化器功能监测用氧传感器（后级氧传感器） 安装设计布置： 由于氧传感器需要达到适当的工作温度方可有效 的开始工作，根据后氧传感器的实际安装位置的具 体情况，必须采用加热型结构设计后级氧传感器， 后氧传感器的理想安装位置推荐装配在三元催化转 化器之下游外壳的延长管上、且距催化转化器载体 后端面 100300毫米以内。当三元催化转化器下游 与排气消声器之间为带有装配法兰结构时，为了防 止因联结法兰漏气造成排气氧含量信号的错误判断， 须将传感器装配布置在三元催化转化器一侧的联结 法兰上游。 （ 2）安装方向要求 氧传感器的装配位置选择应特别注意避免路面砂 石直接冲击后飞溅到氧传感器的外壳及传感器的线 束上，所以氧传感器头部应朝下装配，且其装配孔 轴心线与水平面夹角不小于 10度为佳。 氧传感器安装方向应可能减少冷凝水在传感器头 部附近或传感器自身内部产生聚集的可能性，以 便将由于排气中冷凝水对传感器锆元件造成的热 冲击损坏之可能性将至最低。 （ 3）安装凸台要求： 装配凸台材料：不锈钢 凸台推荐最大厚度：不大于 13毫米 螺纹孔尺寸： M18X1.5 螺纹质量：表面应无毛刺、砂眼，或其他任何可 能影响安装和拆卸的缺陷 安装表面平面度 0.2，表面光洁度为 Ra3.2，表面 对安装孔心的垂直度为 0.2 （ 4）车身装配孔尺寸要求（后氧传感器） 对于接插器选在车身内部的后氧传感器布置设 计，由于传感器需要穿过车身底板，传感器线束设 计有防水橡胶封塞用于防止线束磨损和造成短路。 传感器一般采用从外向内装配方式。 后氧传感器与车身穿越装配孔的推荐尺寸为 25.025.2毫米；适用于钢板厚度 0.7毫米。 （ 5）其他装配要求： 防烧结剂：新传感器螺纹表面要涂有防烧结剂，传 感器在拆下后重新安装前应补涂防烧结剂。 （ 6）传感器拆装及其他注意事项： 禁止氧传感器跌落或与硬物表面撞击。 装上氧传感器后，禁止给发动机施加大的敲击力 （例如在发动机缸体上打印发动机号） 禁止让发动机排放的积碳、硅油、机油、铅 或 其他有机物等污染传感器 禁止过度用力拉拽或缠绕传感器线束、拉拽导线 来调整发动机的方位，可导致损坏加热元件、导 线和不良电路连接 拆掉包装时，要解开包装带，而不是拽着导线从 包装带中拉出 禁止压折、打节或其它损伤传感器线束的操作 禁止在 插接头上使用油脂、清洁剂或其它杂质 在安装时，禁止将传感器导线与传感器本体弯折 至小于 90度角 在汽车上，将氧传感器线束远离可能产生较大电 磁干扰的装置，比如火花塞导线、发电机等 拆装之前适度加热排气系统 拆卸后应用硬丝刷清理安装孔及附近区域 重新安装传感器应用新的密封垫圈及涂抹专用螺 纹防烧结剂 5、推荐使用条件 （ 1）传感器常规工作温度范围 发动机排气歧管温度范围： 260 850 传感器最高连续工作温度及允许最大过热温度： （ 2）允许燃油杂质量： 铅（ Pb）： 不大于 0.005克 /升 磷（ P）： 不大于 0.0002克 /升 硫 (S)： 不大于 0.04%（重量比） 硅 （ Si） 不大于 4ppm 机油消耗 不大于 0.02升 /小时 6、失效模式 氧传感器主要失效模式概述如下： 氧传感器电器接插器与车身线束的接线端子连接接 触不良； 氧传感器内部锆元件碎裂、断裂损坏； 氧传感器加热元件电路断路或短路 氧传感器感应元件内部断路或短路 氧传感器热敏电阻对外壳短路 氧传感器加热元件电路对外壳短路 7、保养维修 （ 1）调整和检修： 发动机氧传感器无须进行任何调整和修理。 （ 2）互换性： 通常只允许更换零部件号码完全相同的氧传感器。 在相关专业技术人员的指导之下，可以选用相同 型号但零部件号码不同的氧传感器。